[发明专利]一种禾草类纤维材料直接制备微纳米纤维素的方法

说明书

本发明公开一种禾草类纤维材料直接制备微纳米纤维素的方法，将禾草类纤维材料、氢氧化钠、乙醇、水进行混合，混合物在氧气气氛下进行反应后置于浆袋中搓洗，得到残渣和透过浆袋的产物；透过浆袋的产物进行离心分离，得到残留物和分离液；残留物为微纳米纤维素，残留物加水后经低功率短时超声后获得纳米纤维素的样品，分离液中含小分子化学品，化学品包括丁香醛、香草醛、小分子酸；本发明在低温下直接使用一锅法制备微纳米纤维素和生物质化学品，将农林纤维废弃物转化为具有高值化利用价值的微纳米生物质材料和化学品。

技术领域

本发明涉及农林废弃物资源化利用领域，具体涉及一种氧气辅助碱-醇/水体系下禾草类纤维材料直接部分液化制备微纳米纤维素和小分子化学品的工艺方法。

背景技术

自20世纪70年代以来，生物质的直接液化已被广泛报道，被认为是木质纤维素生物质热化学转化为生物化学品和液体生物燃料的一种可行性途径。目前，大量液化研究的文献都在亚/超临界条件下进行，以生产生物油为主。但是，生物油的生成往往需要较高的反应温度(250～400℃)，而如此高的反应温度所制备的生物油却存在着产率低(小于40％)、HHV值低、热稳定性差、组成复杂等缺点，这对生物油的分离和精炼过程造成了巨大的障碍。因此，寻求合适的资源化方式是必要的。

目前来说，木质纤维素除高温液化利用途径外，在制浆、生物质基材料、生物质化学品等领域也有所利用，但是主流的硫酸盐法制浆会产生含硫有害物质，对环境污染大，且禾草类制浆还存在得率低、碱耗大工艺冗长、后续化学品消耗大、效率低等问题。

发明内容

为了更绿色、安全、高效地制备微纳米纤维素和化学品，本发明提出一种氧气辅助碱-醇/水体系下禾草类纤维材料直接部分液化制备微纳米纤维素和化学品的工艺方法，引入有机溶剂进行液化，实现低温下碳水化合物和木质纤维素的高效降解，一步得到微纳米纤维素和化学品。

本发明通过下述技术方案实现：

一种氧气辅助碱-醇/水体系下禾草类纤维材料直接部分液化制备微纳米纤维素和化学品的工艺方法，包括以下步骤：

(1)将禾草类纤维材料、氢氧化钠、乙醇、水进行混合，混合物在氧气气氛下进行反应，将反应后的产物置于350目的浆袋中，浆袋置于水中充分搓洗，得到残渣和透过浆袋的产物；

(2)步骤(1)透过浆袋的产物在高速离心机中进行固液离心分离，得到残留物和分离液，残留物为微纳米纤维素；

(3)将步骤(2)中所得的残留物加水后置于带有超声探头的超声分散仪中，超声30～60min后保存，即为含有纳米纤维素的样品；步骤(2)中的分离液中含小分子化学品，化学品主要包括木质素降解生成的丁香醛和香草醛，还有部分纤维素降解生成的小分子酸。

步骤(1)禾草类纤维材料为禾草类纤维原料或碱处理之后的禾草类纤维材料，禾草类纤维原料包括大麻杆、蔗渣、蔗髓等，经过碱处理之后的禾草类纤维材料的制备方法为：将禾草类纤维原料与氢氧化钠溶液按照质量体积比Kg:L为1:5～15混合，氢氧化钠溶液的质量分数为5～15wt％，混合物在50℃处理2小时，反应后蒸馏水洗涤至中性，干燥后保存。

步骤(1)氢氧化钠为禾草类纤维材料质量的30～60％w/w，反应液(水+乙醇)与禾草类纤维材料的体积质量比mL:g为5～15:1，乙醇占反应液(水+乙醇)体积的30～60％。

步骤(1)氧气气氛的氧气压力为0.4～0.6MPa，在反应过程中充氧气1～3次，每次2～5min。

步骤(1)反应温度为110～130℃，反应时间2～3h，从室温升温至反应温度的时间为1h。

步骤(2)高速离心机进行固液离心分离时的转速为4000～6000rpm，离心时间8～12min。

步骤(3)超声时残留物占水的质量百分比为0.5～5.0wt.％，超声功率为600～1200W。